Tecnologies de Màquines i Motors Tèrmics

Transcripción

1 Unitat responsable: Unitat que imparteix: Curs: Titulació: Crèdits ECTS: ESEIAAT - Escola Superior d'enginyeries Industrial, Aeroespacial i Audiovisual de Terrassa MMT - Departament de Màquines i Motors Tèrmics MÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA INDUSTRIAL (Pla 2013). (Unitat docent Optativa) 7,5 Idiomes docència: Català Professorat Responsable: Altres: Yolanda Calventus Solé Àngel Comas Amengual - Joaquim Rigola Serrano Oliet Casasayas, Carles Capacitats prèvies Termodinàmica Competències de la titulació a les quals contribueix l'assignatura Específiques: 1. Coneixements i capacitat per a l'anàlisi dels processos de transferència de calor que permeten el disseny i càlcul de equips i aplicacions tèrmiques. 2. Coneixements i capacitat per al disseny i càlcul d'equips i instal lacions frigorífiques (refrigeració i climatització). 3. Coneixements i capacitat per a l'anàlisi, disseny, càlcul i aplicacions de cicles de potència i motors tèrmics alternatius. Metodologies docents L'assignatura s'organitza en: 1.- Classes en grups grans: En aquestes classes es desenvolupen les classes de teoria, part de les classes de problemes i les avaluacions corresponents al 1er i 2on Parcial. S'utilitzará el model expositiu que el professor cregui més convenient per assolir els objectius que s'han fixat a l'assignatura. 2.- Classes en grups petits: En aquesta activitat es desenvolupen les pràctiques de laboratori i es resolen problemes. Objectius d'aprenentatge de l'assignatura Conèixer en forma crítica els processos definitoris del disseny dels motors alternatius de combustió interna. Analitzar, diagnosticar, i predir el comportament d'elements, equips i sistemes característics dels motors alternatius de combustió interna. Escollir-los sota diferents restriccions (econòmiques i energètiques, mecàniques, ambientals) Conèixer, modelitzar i simular els sistemes de renovació de la carrega, de regulació, d'encesa, d'expansió i d'escapament. 1 / 10

2 Procedir al disseny fluidodinàmic del motor: Admissió,moviment de la càrrega, alimentació del combustible, combustió, escapament. Procedir al disseny mecànic del motor: Equilibrat, vibracions, soroll, regularitat, pèrdues mecàniques, lubricació, estanqueïtat. Auxiliars. Procedir al disseny tèrmic del motor: Pèrdues tèrmiques. Refrigeració Analitzar els bescanviadors de calor com un component bàsic de les màquines tèrmiques. Càlcul i anàlisi. Anàlisi, disseny i caracterització de compressors. Estudiar el cicle termodinàmic de refrigeració per absorció i per adsorció. Anàlisi i càlcul de sistemes de refrigeració per compressió de vapor Conèixer i saber treballar amb el motor Stirling com a màquina tèrmica directa i inversa Hores totals de dedicació de l'estudiantat Dedicació total: 187h 30m Hores grup gran: 45h 24.00% Hores grup petit: 22h 30m 12.00% Hores aprenentatge autònom: 120h 64.00% 2 / 10

3 Continguts Contingut 1: Tipus de motors i definició de paràmetres i variables de disseny i operació Dedicació: 18h Grup petit: 2h Aprenentatge autònom: 12h 1.1 Una introducció al motor de combustió: Tipus de motors 1.2 Paràmetres de disseny i operació Classes de teoria i classes de practiques Es realitzarà la pràctica: "Des/muntatge de un motor de dos temps" Introduir el diferents tipus de motors que es troben al mercat, al seu principi de funcionament. Introduir els paràmetres de disseny i operació dels motors, les definicions bàsiques i les relacions entre elles i a l'hora s'aprofita per introduir el valors que cal esperar que tindran en funció del tipus de motor. Contingut 2: Cinemàtica i dinàmica del motor Dedicació: 12h Aprenentatge autònom: 8h 2.1: Dinàmica del motor 2.2: Equilibrat 2.3 Vibracions de torsió i flexió Classes de teoria Examen 1r parcial o 2n parcial segons correspongui. Estudiar la cinemàtica i dinàmica del mecanisme biela - manovella del motor centrat i descentrat del motor alternatiu així com de altres mecanismes com pot ser el motor Wankel. Analitzar el motor policilindric en línea i en V i estudiar el equilibrat. Finalitzant el mòdul amb la introducció del estudi de les vibracions de torsió i flexió que sol liciten el cigonyal i el seu dimensionat. 3 / 10

4 Contingut 3 : Arquitectura del motor Dedicació: 19h Grup gran: 3h Grup petit: 4h Aprenentatge autònom: 12h 3.1 Arquitectura del motor 3.2 Sistemes de lubricació y refrigeració Classes de teoria i classes de pràctiques Es realitzaran les pràctiques: "Des/muntatge de un motor Wankel", "Des/muntatge de un motor de quatre temps" Introduir els diferents motors i analitzat el seu comportament s'aborden les diferents configuracions utilitzades, les característiques metal lúrgiques i mecàniques dels elements que constitueixen el motor. Abordar els distints sistemes de lubricació y refrigeració dels motors. Contingut 4: Determinació de magnituds indicades i efectives Dedicació: 12h Aprenentatge autònom: 8h 4.1 Cicles motors. Cicle aire combustible en llaç obert 4.2 Obtenció de magnituds indicades i efectives. Sistemas de mesura de variables 4.3 Magnituds efectives 4.4 Pèrdues mecàniques fricció Classes de teoria i classes de pràctiques Introduir els elements constitutius una cadena de mesura del treball potencial que poden donar els gasos en el motor i la metodologia emprada. Explicar els bancs de proves i les seves característiques d'actuació, la determinació experimental de las magnituds efectives. Analitzar els mètodes emprats per la determinació de les pèrdues per fricció i la seva modelització. 4 / 10

5 Contingut 5: Model lització de l'evolució seguida per el fluid motor Dedicació: 32h 45m Grup gran: 7h 30m Grup petit: 5h 15m Aprenentatge autònom: 20h 5.1 Alimentació dels motors: Carburació e injecció 5.2 Transmissió de calor 5.4 El sistema de distribució i el proses de renovació de la carga 5.5 Un model heurístic de la combustió progressiva i renovació de la carga: Classes de teoria i classes de pràctiques Es realitzaran les pràctiques: "Carburació e injecció de benzina", "El sistema de Encesa", "Obtenció de las característiques de injecció del sistema Mono-Jetronic" Introduir i analitzar les característiques d'actuació dels equips necessaris en funció del tipus de motor, els sistemes de distribució més comuns per a la renovació de la càrrega Introduir formes experimentals i empíriques per avaluar el bescanvi de calor. Explicar com a colofó model heurístic per el cicle motor que constitueix un model embrionari del models habitualment utilitzats per els investigadors del àrea. Contingut 6: Bescanviadors de calor Dedicació: 31h 15m Grup gran: 6h Grup petit: 5h 15m Aprenentatge autònom: 20h 6.1 Introducció. Definició, classificació i tipologia. Aspectes generals de disseny 6.2 Mètodes analítics de resolució sense canvi de fase. Exemples d'aplicació 6.3 Mètodes analítics de resolució amb canvi de fase. Condensadors i evaporadors Classes de teoria i classes de problemes Analitzar els bescanviadors de calor com un component important de les màquines tèrmiques. Càlcul i disseny. 5 / 10

6 Contingut 7: Sistemes de refrigeració per compressió de vapor Dedicació: 22h 30m 30m Grup petit: 3h Aprenentatge autònom: 15h 7.1 Compressors. Definició, classificació i tipologia. Aspectes generals de disseny 7.2 Mètodes de càlcul pel disseny de compressors 7.3 Elements d'expansió. Definició, classificació i tipologia. Aspectes generals de disseny 7.4 Sistemes de refrigeració per compressió simple i les seves variants 7.5 Sistemes de refrigeració per copressió múltiple (doble etapa, cascada) Classes de teoria i problemes Anàlisi, caracterització i disseny de compressors. Anàlisi i disseny de sistemes de refrigeració per compressió de vapor Contingut 8: Sistemes de refrigeració per absorció Dedicació: 9h Aprenentatge autònom: 5h 8.1 Introducció: aspectes bàsics i termodinàmics 8.2 Aspectes tecnològics: sistemes amb absorbent no volàtil 8.3 Aspectes tecnològics: sistemes amb absorbent volàtil 8.4 Disseny de cicles 8,5 Disseny de components Classes de teoria i classes de problemes Estudiar el cicle termodinàmic de refrigeració per absorció com a sistema alternatiu a la refrigeració per compressió i com a aplicació a la trigeneració 6 / 10

7 Contingut 9: Sistemes de refrigeració per adsorció Dedicació: 9h Aprenentatge autònom: 5h 9.1 Introducció: aspectes bàsics 9.2 Aspectes tecnològics 9.3 Disseny de cicles 9.4 Disseny de components Classes de teoria i problemes Estudiar el cicle termodinàmic de refrigeració per adsorció com a sistema alternatiu a la refrigeració per compressió i com a aplicació a la trigeneració Contingut 10: Motor tèrmic Stirling Dedicació: 22h Grup petit: 3h Aprenentatge autònom: 15h 10.1 Introducció. Definició, classificació i tipologia. Aspectes generals de disseny 10.2 Anàlisi termodinàmic del cicle ideal vs. cicle real: models, rendiments Classes de teoria i problemes Classes de pràctiques. Realització de la pràctica: "Motor Stirling" Estudiar el motor Stirling com a màquina tèrmica directa o inversa industrial 7 / 10

8 Planificació d'activitats ACTIVITAT 1: CLASSES DE TEORIA Dedicació: 136h Grup gran: 41h Aprenentatge autònom: 95h Metodologia en Grup gran Exposició dels continguts de l'assignatura seguint un model de classe expositiva i participativa La matèria de l'assignatura s'ha organitzat en 8 àrees temàtiques Es resoldran problemes amb tot el grup. Material de suport: Bibliografia bàsica Apunts i llistat de problemes del professor, si aquest ho considera oportú Descripció del lliurement esperat i vincles amb l'avaluació. Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació: Aquesta activitat s'avalua amb el primer parcial i l'examen final. En finalitzar aquesta activitat ha de ser capaç de dominar els coneixements treballats, consolidar-los i aplicar-los correctament a problemes que impliquin situacions reals. ACTIVITAT 2:CLASSES DE PRÀCTIQUES Dedicació: 47h 30m Grup petit: 22h 30m Aprenentatge autònom: 25h Metodologia grup petit Dels diferents continguts, es realitzaran pràctiques de laboratori així com en els continguts 6, 7, 8 també es resoldran en grup petit problemes que poden ser amb suport informàtic si s'escau. Material de suport: Bibliografia bàsica Enunciats de les activitats. Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació: Es realitzarà un informe d'aquesta activitat que serà avaluable. La qualificació de les pràctiques (NL) serà d'un 30% de la qualificació global de l'assignatura. En finalitzar aquesta activitat l'alumnat haurà de ser capaç de: - Saber descriure les tasques realitzades - Tractar les dades experimentals obtingudes i treure'n conclusions - Elaborar un informe del treball realitzat ACTIVITAT 3: EXAMEN 1R PARCIAL Dedicació: 2h Grup gran: 2h Desenvolupament de l'examen parcial de l'assignatura 8 / 10

9 Material de suport: Sense suport Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació: L'examen es resol sobre els fulls lliurats a l'inici de la prova La qualificació d'aquesta activitat N1P val un 35% de la qualificació final de l'assignatura. Mostrar el nivell de coneixements assolit en els continguts corresponents. ACTIVITAT 4: EXAMEN 2N PARCIAL Dedicació: 2h Grup gran: 2h Desenvolupament del 2n parcial de l'assignatura En aquesta prova s'establirà el mecanisme per reconduir els alumnes que no hagin aprovat l'examen del primer parcial. Material de suport: Sense suport. Descripció del lliurament esperat i vincles amb l'avaluació: L'examen es resol sobre els fulls lliurats a l'inici de la prova La qualificació d'aquesta activitat N2P val un 35% de la qualificació final de l'assignatura. Mostrar el nivell de coneixements assolit en els continguts corresponents. Sistema de qualificació -Examen 1r Parcial N1P pes: 35% -Examen 2n Parcial N2P pes: 35% -Pràctiques: NL pes: 30% En l'examen 2n parcial s'establirà el mecanisme per reconduir els alumnes que no hagin aprovat l'examen del primer parcial. Normes de realització de les activitats 1.- Els exàmens corresponents al primer parcial i segon parcial es faran sense utilitzar llibres, apunts o altre material docent, excepte, si s'escau d'un llibre de Taules i Gràfics o d'un formulari si el professor ho considera oportú 2.- Respecte a les pràctiques s'haurà d'entregar un informe que oportunament comunicarà el professor. 9 / 10

10 Bibliografia Bàsica: Carreras Planells, R.; Comas Amengual, A.; Calvo Larruy, A. Motores de combustión interna: fundamentos. 2a ed. Barcelona: Edicions UPC, ISBN Heywood, John B. Internal combustion engine fundamentals. New York [etc.]: McGraw-Hill, cop ISBN Stone, Richard. Introduction to internal combustion engines. 2nd ed. London: Macmillan, ISBN Ferguson, Colin R. Internal combustion engines: applied thermosciences. New York: John Wiley & Sons, cop ISBN Haywood, Richard Wilson. Ciclos termodinámicos de potencia y refrigeración. 2ª ed. México [etc.]: Limusa, cop ISBN Moran, Michael J.; Shapiro, Howard N. Fundamentals of engineering thermodynamics. 7th ed. John Wiley & Sons, ISBN Li, Kam W. Applied thermodynamics: availability method and energy conversion. New York: Taylor & Francis, ISBN Organ, Allan J. The regenerator and the stirling engine. London: Mechanical Engineering Publications, ISBN Walker, Graham [et al.]. The stirling alternative: power systems, refrigerants and heat pumps. Switzerland [etc.]: Gordon and Breach Science Publishers, ISBN Shah, R. K. ; Sekulic, D. P. Fundamentals of heat exchanger design. New York, [etc.]: John Wiley & Sons, ISBN Herold, K. E.; Radermacher, R.; Klein, S. A. Absorption chillers and heat pumps. Boca Raton: CRC Press, ISBN Hundy, G. F.; Trott A. R.; Welch, T. C. Refrigeration and air-conditioning [en línia]. 4th ed. Amsterdam; Boston: Butterworth Heinemann/Elsevier, 2008 [Consulta: 01/07/2016]. Disponible a: < ISBN Thomas, W. J.; Crittenden, B. Adsorption technology and design [en línia]. Oxford; Boston: Butterworth-Heinemann, 1998 [Consulta: 01/07/2016]. Disponible a: < ISBN / 10